Met behulp van de polarisatiegemoduleerde femtoseconde laser-geïnduceerde printtechniek worden de gouddeeltjes met een diameter van 100 nm in de microkanalen geïmplanteerd voor ter plaatse Raman-detectie. Krediet: Yongxiang Hu, Yu Zhou, Guohu Luo, Dege Li en Minni Qu.
Onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong Universiteit (SJTU) hebben een uiterst gevoelig en herbruikbaar oppervlakteverbeterde Ramanspectroscopie (SERS) microfluïdicasysteem ontwikkeld dat een detectielimiet heeft bereikt van minder dan 10 ppt (parts per triljoen) schadelijke stoffen.
Het werk, gerapporteerd in de Internationaal tijdschrift voor extreme productiezou de toepassingen van ultragevoelige, effectieve en goedkope microfluïdische detectie in biomedische diagnose, milieubewaking en voedselveiligheid kunnen verbreden.
Het integreren van plasmonische nanodeeltjes in microfluïdische chips met hoge nauwkeurigheid en stabiliteit vormt de basis voor uiterst gevoelige en herbruikbare sensoren.
“Het samenstellen van goed ontworpen nanodeeltjes tot microkanalen is een cruciaal probleem”, aldus Dr. Yongxiang Hu, eerste auteur van het artikel en hoogleraar aan de School of Mechanical Engineering van SJTU.
“In de meeste onderzoeken wordt het SERS-actieve substraat apart van tevoren gefabriceerd en vervolgens geïntegreerd met microfluïdische chips, wat leidt tot een lage fabricage-efficiëntie en hoge kosten. We moeten een snelle en betaalbare techniek vinden. Hier zeggen we: waarom implanteren we nanodeeltjes niet rechtstreeks in het microkanaal?”
De afgelopen jaren is directe femtoseconde laserstructurering gebruikt om veel zeer gevoelige microfluïdische SERS-systemen te ontwikkelen, die verschillende flexibele SERS-actieve interface-fabricageroutes bieden.
Nanodeeltjes kunnen worden gesynthetiseerd in microkanalen voor SERS-detectie met een resolutie van slechts 10-10 mol/L met behulp van lasergeïnduceerde fotoreductie. Lasergereduceerde nanodeeltjes zijn echter gevoelig voor oxidatie wanneer ze worden blootgesteld aan lucht, wat hun levensduur zal beïnvloeden. Bovendien zijn de lasergefabriceerde structuren lastig op een uniforme manier te controleren, wat de verbetering van de gevoeligheid en reproduceerbaarheid beperkt.
Met behulp van femtoseconde laser-geïnduceerde voorwaartse overdracht (fs-LIFT) technologie implanteerden de onderzoekers het nanodeeltje in een vierkant rooster met een uniforme spoed van ongeveer 400 nm, wat een gemiddelde afwijking van slechts 3% opleverde. Een opmerkelijke verbetering van het elektromagnetische veld resulteerde in een detectielimiet lager dan 10-11 mol/L. Bovendien vertoont de vervaardigde array een uitstekende herbruikbaarheid na verschillende fysieke en chemische reinigingen, vanwege de robuuste inbedding van fs-LIFT-geïmplanteerde nanodeeltjes.
Dankzij de hoge stabiliteit en gevoeligheid konden de onderzoekers met deze methode een SERS-microfluïdisch systeem maken en de online oxidatiereactie monitoren. Zo konden ze het reactiepad beter bepalen.
De onderzoekers zetten het werk voort, in de hoop de gevoeligheid verder te verbeteren door de deeltjesgrootte en de rangschikkingsafstand te verkleinen. Ze verwachten dat de technologie in de toekomst zal worden gebruikt in biomedische detectie voor ziektescreening en diagnosetoepassingen.
Meer informatie:
Yongxiang Hu et al, Femtoseconde laser-geïnduceerde nanodeeltjesimplantatie in flexibel substraat voor gevoelige en herbruikbare microfluïdica SERS-detectie, Internationaal tijdschrift voor extreme productie (2024). DOI-bestand: 10.1088/2631-7990/ad48e9
Geleverd door International Journal of Extreme Manufacturing